Reaksi fotosintesis yang melibatkan klorofil dimulai dengan pemisahan air untuk mengekstraksi ion hidrogen dan elektron darinya. Energi yang dibutuhkan untuk mengekstraksi partikel-partikel ini diperoleh dari cahaya, dan sebagian besar reaksi ini dimediasi oleh elektron.
Karena hukum mekanika kuantum, elektron hanya menyerap energi dalam jumlah tertentu, dan setiap foton cahaya hanya membawa sejumlah energi tertentu, bergantung pada panjang gelombangnya.
Jumlah energi yang dibutuhkan untuk memecah air sama dengan energi yang terkandung dalam foton dengan panjang gelombang UV.
Tapi sinar UV terlalu energik untuk digunakan dengan aman. Pembelahan air yang tidak terkendali yang diakibatkannya mengakibatkan banjir radikal bebas oksigen yang merusak molekul organik (selain panjang gelombang UV yang memiliki energi yang cukup untuk langsung memecah molekul organik itu sendiri).
Trik yang digunakan klorofil adalah menyerap beberapa foton cahaya tampak yang "aman" berenergi lebih rendah, yang menambah jumlah energi yang terkandung dalam satu foton sinar UV yang cukup untuk memecah air dan mengekstraksi elektronnya.
Tetapi karena Anda membutuhkan jumlah energi tertentu untuk memecah air, mendapatkan lebih dari itu tidak akan membantu Anda, dan pada kenyataannya bisa berbahaya, karena energi berlebih menjadi panas yang terbuang dan menyebabkan tekanan panas ke jaringan sekitar Anda.
Jadi bukanlah ide yang baik untuk pigmen fotosintetik menjadi hitam. Lebih baik tidak menyerap semua cahaya, tetapi memantulkan beberapa panjang gelombang untuk meminimalkan tekanan panas. Jika Anda benar-benar perlu memanen lebih banyak energi cahaya, Anda selalu dapat menghasilkan lebih banyak pigmen atau menumbuhkan lebih banyak daun.
Jadi mengapa hijau, secara khusus? Pada pandangan pertama, ini tampak kontraproduktif, karena keluaran matahari sebenarnya memuncak di tengah pita spektral yang ditambahkan bersama untuk membuat hijau. Klorofil melewati foton paling melimpah yang dihasilkan matahari. Dan memang, dalam hal efisiensi konversi energi matahari, kinerja klorofil agak menyedihkan, hanya di kisaran 1%. Manusia dapat dengan mudah membuat sel fotovoltaik lebih dari sepuluh kali lebih efisien dari itu. (Ingatlah ini jika lain kali Anda mendengar seseorang berkata bahwa jika saja kita dapat mengetahui fotosintesis buatan, kita dapat membuat pengumpulan energi matahari jauh lebih efisien. Tidak, tidak akan. Keuntungan klorofil buatan bukanlah efisiensi, tetapi berpotensi biaya Tumbuhan membuat klorofil dari udara dan kotoran dan sedikit mangan. Tidak memerlukan unsur tanah jarang yang mahal)
Nah, alasan yang paling mungkin untuk ini tampaknya adalah bahwa Cyanobacteria dipukul hingga pukulan fotosintesis, sehingga untuk berbicara.
Fotosintesis oksigenik bukanlah jenis fotosintesis pertama yang berkembang di Bumi. Sebelum cyanobacteria, famili fotosintesis lain, yang dikenal sebagai bakteri sulfur ungu, sudah ada, dan mungkin dominan di lautan awal Bumi. Orang-orang ini, seperti namanya, menggunakan pigmen ungu, yang TIDAK menyerap cahaya hijau (dan memantulkan biru dan merah, kebalikan dari klorofil) Jenis fotosintesis yang mereka lakukan mengekstraksi elektron awalnya dari hal-hal selain air (berbagai senyawa sulfur, oleh karena itu namanya), yang menghasilkan lebih sedikit energi tetapi secara kimiawi jauh lebih mudah untuk dicapai, dan dengan demikian berkembang.
Ketika cyanobacteria pertama kali muncul, bakteri sulfur ungu ini sudah mapan dan sangat umum, dan pada dasarnya menggunakan semua panjang gelombang spektrum menengah yang tersedia. Jadi, daripada bersaing dengan mereka untuk mendapatkan foton ini, nenek moyang cyanobacteria menemukan bahwa lebih mudah berevolusi untuk memanfaatkan panjang gelombang yang tersisa yang tidak digunakan, yaitu yang merah dan biru. Fotosintesis oksigenik akhirnya menjadi jauh lebih efisien daripada bentuk non-oksigenik awal, menghasilkan, pada waktunya, di cyanobacteria menggantikan bakteri sulfur ungu sebagai produsen utama di sebagian besar ekosistem bumi (dan itu tidak membantu sulfur ungu. penyebab bakteri bahwa oksigen molekuler sangat beracun bagi banyak dari mereka ...)
Akhirnya, kita juga dapat mencatat bahwa tumbuhan menghasilkan pigmen lain selain klorofil. Jadi secara teoritis mungkin bagi mereka untuk membuat pigmen tambahan untuk menyerap foton spektrum menengah, dan kemudian memancarkan kembali foton merah dan biru untuk digunakan klorofil, yang dapat menghasilkan tumbuhan hitam jika ada cukup pigmen tambahan ini.
Dan ada kemungkinan beberapa tanaman melakukan ini. Bagaimanapun, tanaman datang dalam berbagai warna hijau, beberapa lebih terang dan beberapa lebih gelap. Beberapa memang sangat gelap sehingga orang dapat dengan mudah membayangkan bahwa jika mereka menjadi sedikit lebih gelap, mereka akan mendekati hitam.
Tetapi juga membutuhkan energi untuk membuat pigmen, dan dengan setiap langkah konversi, energi hilang sebagai panas. Anda berada dalam situasi pengembalian yang terus berkurang, dan akhirnya Anda mencapai titik di mana energi tambahan yang diperoleh tidak sebanding dengan biaya pembuatan pigmen tambahan
Tidak ada komentar:
Posting Komentar